專利名稱：使相對(duì)濕度循環(huán)最小化以增強(qiáng)耐久性的燃料電池操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種采用提供用于保持陰極出口氣體濕度的策略的算法的燃料電池系統(tǒng)，且特別是，本發(fā)明涉及一種采用拱項(xiàng)算法(overarching algorithm)以保持陰極出口氣體濕度處于濕或干操作模式從而防止出現(xiàn)膜濕度循環(huán)變化的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氫由于其清潔以及可用于在燃料電池中高效發(fā)電的性能而是一種非常有吸引力的燃料。氫燃料電池是包括陽(yáng)極和陰極以及位于其間的電解質(zhì)的電化學(xué)裝置。陽(yáng)極接收氫氣且陰極接收氧或空氣。氫氣在陽(yáng)極產(chǎn)生離解以產(chǎn)生自由氫質(zhì)子和電子。氫質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極。氫質(zhì)子在陰極與氧和電子進(jìn)行反應(yīng)以產(chǎn)生水。來(lái)自陽(yáng)極的電子不能通過(guò)電解質(zhì)，且因此在被傳送至陰極之前被引導(dǎo)通過(guò)負(fù)載而作功。
質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種普遍采用的用于車輛的燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池通常包括固體聚合物電解質(zhì)質(zhì)子傳導(dǎo)膜，如全氟磺酸膜。陽(yáng)極和陰極通常包括擔(dān)載在碳顆粒上且與離聚物混合在一起的極細(xì)分散的催化顆粒，所述催化顆粒通常為鉑(Pt)。催化混合物被沉積在膜的相對(duì)側(cè)上。陽(yáng)極催化混合物、陰極催化混合物和膜的組合限定出膜電極組件(MEA)。膜電極組件的制造成本相對(duì)較為昂貴且需要特定條件以實(shí)現(xiàn)有效操作。
多個(gè)燃料電池通常被組合在燃料電池堆中以產(chǎn)生所需功率。例如，用于車輛的典型燃料電池堆可具有兩百或更多疊置在一起的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，所述陰極輸入氣體通常為在壓縮機(jī)的作用下受力通過(guò)燃料電池堆的空氣流。燃料電池堆并未消耗所有的氧且一些空氣作為陰極排氣被輸出，所述陰極排氣可包括作為燃料電池堆副產(chǎn)物的水。燃料電池堆還接收陽(yáng)極氫輸入氣體，所述陽(yáng)極氫輸入氣體流入燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)。
燃料電池堆包括位于燃料電池堆中的多個(gè)膜電極組件之間的一系列雙極板。每塊雙極板包括用于燃料電池堆中的相鄰燃料電池的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)。陽(yáng)極氣體流道被設(shè)置在雙極板的陽(yáng)極側(cè)上，所述陽(yáng)極氣體流道允許陽(yáng)極反應(yīng)劑氣體流至相應(yīng)的膜電極組件。陰極氣體流道被設(shè)置在雙極板的陰極側(cè)上，所述陰極氣體流道允許陰極反應(yīng)劑氣體流至相應(yīng)的膜電極組件。雙極板由傳導(dǎo)材料如不銹鋼制成，以使得它們將由燃料電池產(chǎn)生的電力傳導(dǎo)出燃料電池堆。雙極板還包括供冷卻流體流動(dòng)通過(guò)的流道。
過(guò)高的燃料電池堆溫度可能損傷膜以及燃料電池堆中的其它材料。燃料電池系統(tǒng)因此采用熱子系統(tǒng)以控制燃料電池堆的溫度。特別是，冷卻流體被泵送通過(guò)燃料電池堆中的雙極板中的冷卻流體流道以帶走燃料電池堆的廢熱。在正常的燃料電池堆操作過(guò)程中，基于燃料電池堆負(fù)載、環(huán)境溫度和其它因素控制泵速，以使得燃料電池堆的操作溫度被保持處于最佳溫度例如80℃。散熱器通常被設(shè)置在燃料電池堆外部的冷卻劑回路中，所述散熱器對(duì)受到燃料電池堆加熱的冷卻流體進(jìn)行冷卻，其中受到冷卻的冷卻流體循環(huán)返回并通過(guò)燃料電池堆。
正如本領(lǐng)域中易于理解地，燃料電池膜在特定的相對(duì)濕度(RH)下進(jìn)行操作。通過(guò)控制多個(gè)燃料電池堆操作參數(shù)如燃料電池堆壓力、溫度、陰極化學(xué)計(jì)量比和進(jìn)入燃料電池堆內(nèi)的陰極空氣的相對(duì)濕度，而對(duì)來(lái)自燃料電池堆的陰極出口氣體的相對(duì)濕度進(jìn)行控制，從而控制膜的相對(duì)濕度。出于燃料電池堆耐久性的目的，所希望的是使膜的相對(duì)濕度循環(huán)次數(shù)最小化，其原因在于已經(jīng)表明，在相對(duì)濕度極值之間進(jìn)行的循環(huán)嚴(yán)重限制了膜的壽命。正如本文中使用地，相對(duì)濕度循環(huán)指的是改變膜的相對(duì)濕度使其高于和低于100％。膜的相對(duì)濕度循環(huán)導(dǎo)致膜由于吸水過(guò)程和隨后的干燥過(guò)程而產(chǎn)生膨脹和收縮。膜產(chǎn)生的這種膨脹和收縮導(dǎo)致在膜中產(chǎn)生針孔，這形成了使氫和氧通過(guò)膜的橫穿部位從而形成熱點(diǎn)，這進(jìn)一步增加了膜中的孔的尺寸，因此縮短了膜的壽命。
在燃料電池系統(tǒng)的冷啟動(dòng)過(guò)程中，由于冷的陰極排氣不能保持太多水蒸汽，因此陰極出口氣體的相對(duì)濕度將通常超過(guò)100％。當(dāng)燃料電池堆變熱，以及燃料電池堆上的負(fù)載增加時(shí)，熱子系統(tǒng)的散熱能力將通常不足以維持陰極出口氣體的相對(duì)濕度高于100％，原因在于這將需要大的熱子系統(tǒng)冷卻容量。因此，陰極出口氣體所產(chǎn)生的相對(duì)濕度降低的轉(zhuǎn)變將對(duì)應(yīng)于更干燥的膜條件。燃料電池系統(tǒng)在濕條件或干條件下進(jìn)行操作涉及多種因素，所述因素包括燃料電池堆上的負(fù)載、環(huán)境溫度、熱子系統(tǒng)的冷卻容量等。
當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的操作條件產(chǎn)生變化時(shí)，陰極出口氣體的相對(duì)濕度傾向于在濕操作條件與干操作條件之間來(lái)回循環(huán)。正如本文所使用地，濕操作條件指的是陰極排氣的相對(duì)濕度大于100％且干操作條件指的是陰極排氣的相對(duì)濕度小于100％。因此，所希望的是減少燃料電池堆操作過(guò)程中的膜的相對(duì)濕度循環(huán)從而延長(zhǎng)燃料電池堆中膜的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，披露了一種燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括拱頂算法以提供減少陰極出口氣體在濕操作與干操作之間進(jìn)行的相對(duì)濕度循環(huán)從而延長(zhǎng)膜的有效壽命的策略。所述燃料電池系統(tǒng)包括基于來(lái)自傳感器的傳感器讀數(shù)和來(lái)自車輛操縱裝置的功率請(qǐng)求而控制所述燃料電池系統(tǒng)中的多個(gè)系統(tǒng)部件如閥，壓縮機(jī)等的控制器。所述拱頂算法利用來(lái)自所述傳感器的所述傳感器讀數(shù)以提供所述陰極排氣的所需相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)，所述控制器還利用所述所需相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)以對(duì)致動(dòng)器設(shè)置進(jìn)行設(shè)定從而減少所述相對(duì)濕度循環(huán)。
在冷啟動(dòng)時(shí)，所述算法提供用于濕操作模式的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)，其中基于所述系統(tǒng)當(dāng)前的操作條件保持所述陰極排氣的所述相對(duì)濕度處于高于100％的百分比。在燃料電池系統(tǒng)的操作過(guò)程中，所述算法利用所述傳感器讀數(shù)計(jì)算可由所述系統(tǒng)維持的最大相對(duì)濕度。所述算法隨后確定所述最大相對(duì)濕度是否高于所述系統(tǒng)的所述濕操作模式下的預(yù)定百分比。如果所述系統(tǒng)當(dāng)前的操作條件能夠維持所述濕操作模式，則所述算法為所述控制器提供所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)以使所述控制器控制所述系統(tǒng)部件處于所述濕操作模式。如果所述傳感器信號(hào)表明所述系統(tǒng)不能維持所述濕操作模式，則所述算法提供用于干操作模式的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)，且所述控制器因此控制所述系統(tǒng)部件以保持該相對(duì)濕度。
一旦所述算法從所述濕操作模式切換至所述干操作模式，則所述算法基于所述傳感器信號(hào)計(jì)算所述陰極出口氣體的最小相對(duì)濕度從而保持所述干操作模式。如果所述系統(tǒng)的所述操作條件產(chǎn)生變化以使得它們不能維持所述干操作模式，則所述算法將所述設(shè)定點(diǎn)切換回所述濕操作模式。
通過(guò)以下描述和所附權(quán)利要求書并結(jié)合附圖將易于理解本發(fā)明的附加特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的采用拱頂算法以提供用于陰極出口氣體的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)的燃料電池系統(tǒng)的框圖；圖2是示出了用于保持陰極排氣的用于濕操作模式的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)的拱頂算法的操作的流程圖；和圖3是示出了用于保持陰極排氣的用于干操作模式的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)的拱頂算法的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行的針對(duì)一種采用減少陰極排氣的相對(duì)濕度循環(huán)的拱頂算法的燃料電池系統(tǒng)的描述在本質(zhì)上僅是示例性的，且絕不旨在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。
圖1是包括燃料電池系統(tǒng)部件12的燃料電池系統(tǒng)10的框圖，所述燃料電池系統(tǒng)部件包括燃料電池堆。正如上面所討論地，來(lái)自燃料電池堆的陰極出口氣體將具有限定燃料電池堆中的膜的相對(duì)濕度的特定相對(duì)濕度。正如本文中所討論地，濕操作模式指的是陰極出口氣體具有大于100％的相對(duì)濕度且干操作模式指的是陰極出口氣體具有小于100％的相對(duì)濕度。由于電池與電池之間的不同以及流所具有的不確定性的原因，為了確保燃料電池中所有燃料電池處于濕操作模式或干操作模式，濕操作模式的名義相對(duì)濕度操作點(diǎn)可以是120％且干操作模式的名義相對(duì)濕度操作點(diǎn)可以是80％。然而，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到地，這些值僅是代表性的，且同樣可應(yīng)用其它相對(duì)濕度值。
燃料電池系統(tǒng)10包括控制燃料電池系統(tǒng)部件12的操作的控制器14。燃料電池系統(tǒng)10還包括通過(guò)線路18提供來(lái)自車輛操縱裝置的功率請(qǐng)求信號(hào)的功率請(qǐng)求模塊16?？刂破?4基于通過(guò)線路22獲得的來(lái)自部件12如壓力傳感器、溫度傳感器、相對(duì)濕度傳感器等的傳感器信號(hào)以及下面將要進(jìn)行詳細(xì)討論的通過(guò)線路28獲得的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)，從而通過(guò)線路20提供對(duì)多個(gè)致動(dòng)器和燃料電池系統(tǒng)部件12中的其它部件的狀態(tài)，如壓縮機(jī)速度、泵速、散熱器冷卻風(fēng)機(jī)速度、閥位置等進(jìn)行設(shè)置的致動(dòng)器設(shè)置信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，燃料電池系統(tǒng)10包括通過(guò)線路28提供相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)的拱頂操作算法24。算法24通過(guò)線路26接收來(lái)自控制器14的表示通過(guò)線路22提供的傳感器信號(hào)的傳感器信號(hào)。基于傳感器信號(hào)，如果系統(tǒng)10當(dāng)前在濕操作模式下進(jìn)行操作，則算法24確定系統(tǒng)10的操作條件是否可維持濕操作模式，或如果系統(tǒng)10當(dāng)前在干操作模式下進(jìn)行操作，則算法24確定系統(tǒng)10的操作條件是否可維持干操作模式?；谠摯_定過(guò)程，算法24通過(guò)線路28將相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)信號(hào)提供給控制器14，以使得控制器14可利用該設(shè)定點(diǎn)并結(jié)合通過(guò)線路18獲得的功率請(qǐng)求以及通過(guò)線路22獲得的傳感器信號(hào)，從而通過(guò)線路20控制致動(dòng)器設(shè)置。通過(guò)這種方式，算法24減少了陰極排氣的相對(duì)濕度循環(huán)，從而降低了燃料電池堆中的膜上的機(jī)械應(yīng)力，因此延長(zhǎng)了燃料電池堆的壽命。
圖2是示出了設(shè)法保持系統(tǒng)10的濕操作模式的拱頂算法24的操作的流程圖40。通常情況下，燃料電池系統(tǒng)10進(jìn)行冷啟動(dòng)，此時(shí)陰極排氣保持水蒸汽的能力較低。在拱頂算法24的開始階段，在框42中將標(biāo)志設(shè)置為濕操作模式。算法24隨后在框44中獲取來(lái)自表示上述傳感器的傳感器46的傳感器信號(hào)，并計(jì)算陰極排氣的最大可維持相對(duì)濕度。算法24通過(guò)利用操作策略如最大程度地利用散熱器而設(shè)法在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)后盡可能長(zhǎng)時(shí)間地停置在濕操作模式。算法24通過(guò)計(jì)算最大可維持相對(duì)濕度而利用來(lái)自傳感器46的傳感器信號(hào)確定系統(tǒng)10是否可維持用于目前操作參數(shù)的濕操作模式。用于計(jì)算最大相對(duì)濕度的公式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已公知的。
算法24隨后在判定菱形框48中將最大可維持相對(duì)濕度與濕操作范圍內(nèi)的預(yù)定相對(duì)濕度百分比進(jìn)行比較。在該實(shí)例中，預(yù)定的濕模式的相對(duì)濕度百分比為105％，然而，該實(shí)例是非限制性的，且還可使用其它高于100％的值。如果計(jì)算出的最大可維持相對(duì)濕度大于預(yù)定的濕模式的百分比，則算法24在框50中將濕模式的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為預(yù)定的相對(duì)濕度百分比設(shè)定點(diǎn)，如120％。正如上面討論地，濕操作模式的120％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)是非限制性實(shí)例，且對(duì)于濕操作模式而言可利用其它相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)。算法24隨后在框52中通過(guò)表示線路28的線路54將相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)發(fā)送至控制器14。算法隨后在框56中等待預(yù)定時(shí)長(zhǎng)，如1秒，并返回在框44中進(jìn)行的接收傳感器信號(hào)并計(jì)算最大相對(duì)濕度的步驟。
在系統(tǒng)啟動(dòng)后，多種因素可影響是否可將系統(tǒng)10的操作條件保持在濕操作模式，所述多種因素例如為加速頻率和程度、空轉(zhuǎn)期消耗的時(shí)間、牽引過(guò)程、行駛持續(xù)時(shí)間、環(huán)境溫度等。然而，如果這些多種因素導(dǎo)致算法24在判定菱形框48中計(jì)算出的最大可維持相對(duì)濕度小于105％，則系統(tǒng)10現(xiàn)在必須切換至干操作模式，此時(shí)在框58中將標(biāo)志設(shè)置為干模式。進(jìn)一步地，相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)被設(shè)置為用于干操作模式的干模式的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)，例如80％，算法24在框52中通過(guò)線路54發(fā)送所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)?，F(xiàn)在，算法24將設(shè)法保持系統(tǒng)10的操作模式處于干操作模式。
特定的試探法可被構(gòu)建結(jié)合在系統(tǒng)10內(nèi)以控制在濕操作模式與干操作模式之間進(jìn)行切換的過(guò)程。例如，對(duì)于特定的驅(qū)動(dòng)形式、車輛特征、環(huán)境溫度等，可對(duì)上述討論的閾值相對(duì)濕度以及傳感器信號(hào)采樣之間的等待時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。此外，可利用邏輯算法，以使得如果在過(guò)去的預(yù)定分鐘數(shù)內(nèi)，在濕模式與干模式之間發(fā)生了特定數(shù)量的轉(zhuǎn)換，則系統(tǒng)在至少預(yù)定分鐘數(shù)內(nèi)不會(huì)返回濕操作模式，或另一種可選方式是，切換至干操作模式。對(duì)于燃料電池堆負(fù)載呈現(xiàn)循環(huán)性特征的情況而言，這些設(shè)置將幫助避免在濕模式與干模式之間進(jìn)行重復(fù)循環(huán)。
一旦算法24已切換至干操作模式，則算法24切換至干操作模式策略。圖3示出了干操作模式策略的流程圖60，其中相同的步驟由相同的附圖標(biāo)記表示。算法24在框62中啟動(dòng)干模式策略，其中標(biāo)志已被設(shè)定為干。算法24隨后在框64中獲取來(lái)自傳感器46的傳感器信號(hào)并基于系統(tǒng)10的操作條件計(jì)算最小可維持相對(duì)濕度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知曉可用于計(jì)算最小相對(duì)濕度的公式。
算法24隨后在判定菱形框66中確定最小可維持相對(duì)濕度是否大于干操作模式范圍內(nèi)的低于100％的預(yù)定相對(duì)濕度百分比。在該實(shí)施例中，該值為95％，然而，該實(shí)例并非限制性的。在框64中計(jì)算最小可維持相對(duì)濕度的過(guò)程考慮了特定操作條件，如充分濕化的陰極輸入氣體以避免膜的干燥和相當(dāng)?shù)偷年帢O化學(xué)計(jì)量比以實(shí)現(xiàn)高的系統(tǒng)效率。如果系統(tǒng)10當(dāng)前的操作參數(shù)能夠維持低于95％的相對(duì)濕度，則算法24在框58中保持相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)處于80％，且在框52中通過(guò)線路54將相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)發(fā)送至控制器14。然而，如果在判定菱形框66中，最小可維持相對(duì)濕度大于95％，則算法24通過(guò)在框50中將相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)設(shè)置為120％且將標(biāo)志設(shè)置為濕而切換至濕操作模式。算法24隨后在框52中通過(guò)線路54傳送濕模式相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)。
正如上面所討論地，特定的試探法可被構(gòu)建結(jié)合在系統(tǒng)10內(nèi)。例如，對(duì)于驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)、車輛特征、環(huán)境溫度等，可對(duì)閾值相對(duì)濕度以及傳感器信號(hào)采樣之間的等待時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。此外，可利用邏輯算法，以使得如果在過(guò)去的預(yù)定分鐘數(shù)內(nèi)，在濕模式與干模式之間已經(jīng)發(fā)生了特定數(shù)量的轉(zhuǎn)換，則系統(tǒng)在至少預(yù)定分鐘數(shù)內(nèi)不會(huì)返回干操作模式，或另一種可選方式是，切換至濕模式策略。
基于環(huán)境條件、驅(qū)動(dòng)形式等，所述策略可在濕模式或干模式下運(yùn)行。如果當(dāng)前的策略未適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮作用，例如，系統(tǒng)10處于濕模式下且發(fā)生頻繁的干模式偏移現(xiàn)象，則可作出切換至另一種可選策略的決定。通過(guò)這種方式，可使在濕模式操作與干模式操作之間進(jìn)行的循環(huán)最小化。
前面的討論僅披露和描述了本發(fā)明的典型實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于通過(guò)這種討論且通過(guò)附圖以及權(quán)利要求書意識(shí)到可在不偏離由以下權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明作出多種改變、變型和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于控制來(lái)自燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆中的陰極排氣的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括以下步驟提供表示所述燃料電池系統(tǒng)的操作參數(shù)的傳感器信號(hào)；基于所述傳感器信號(hào)計(jì)算所述陰極排氣的最大可維持相對(duì)濕度；確定所述計(jì)算出的最大可維持相對(duì)濕度是否大于預(yù)定百分比；如果所述計(jì)算出的最大可維持相對(duì)濕度大于所述預(yù)定百分比，則提供高于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)；如果所述計(jì)算出的最大可維持相對(duì)濕度小于所述預(yù)定百分比，則提供低于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)；并且基于所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)控制燃料電池系統(tǒng)部件以設(shè)法保持所述陰極排氣的所述相對(duì)濕度處于所述設(shè)定點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在已經(jīng)確定所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)之后等待預(yù)定時(shí)長(zhǎng)從而再次提供所述傳感器信號(hào)并計(jì)算所述最大可維持相對(duì)濕度的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中等待預(yù)定時(shí)長(zhǎng)包括基于所述預(yù)定百分比、車輛驅(qū)動(dòng)形式、車輛特征和環(huán)境溫度而等待一定時(shí)長(zhǎng)的過(guò)程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中控制燃料電池系統(tǒng)部件包括基于所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)并結(jié)合燃料電池堆功率請(qǐng)求和所述傳感器信號(hào)控制燃料電池系統(tǒng)部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定百分比為約105％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)為約120％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)為約80％。
8.一種用于控制來(lái)自燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆中的陰極排氣的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括以下步驟提供表示所述燃料電池系統(tǒng)的操作參數(shù)的傳感器信號(hào)；基于所述傳感器信號(hào)計(jì)算所述陰極排氣的最小可維持相對(duì)濕度；確定所述計(jì)算出的最小可維持相對(duì)濕度是否小于預(yù)定百分比；如果所述計(jì)算出的最小可維持相對(duì)濕度大于所述預(yù)定百分比，則提供高于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)；如果所述計(jì)算出的最小可維持相對(duì)濕度小于所述預(yù)定百分比，則提供低于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)；并且基于所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)控制燃料電池系統(tǒng)部件以設(shè)法保持所述陰極排氣的所述相對(duì)濕度處于所述設(shè)定點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括在已經(jīng)確定所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)之后等待預(yù)定時(shí)長(zhǎng)從而再次提供所述傳感器信號(hào)并計(jì)算所述最小可維持相對(duì)濕度的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中等待預(yù)定時(shí)長(zhǎng)包括基于所述預(yù)定百分比、車輛驅(qū)動(dòng)形式、車輛特征和環(huán)境溫度而等待一定時(shí)長(zhǎng)的過(guò)程。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中控制燃料電池系統(tǒng)部件包括基于所述相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)并結(jié)合燃料電池堆功率請(qǐng)求和所述傳感器信號(hào)控制燃料電池系統(tǒng)部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述預(yù)定百分比為約95％。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述高于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)為約120％。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述低于100％的相對(duì)濕度設(shè)定點(diǎn)為約80％。
15.一種用于控制來(lái)自燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆中的陰極排氣的相對(duì)濕度的方法，所述方法包括以下步驟提供表示所述燃料電池系統(tǒng)的操作參數(shù)的傳感器信號(hào)；如果所述燃料電池系統(tǒng)的所述操作參數(shù)能夠維持所述陰極氣體相對(duì)濕度高于第一預(yù)定值，則保持所述陰極排氣相對(duì)濕度處于濕操作模式；并且如果所述燃料電池系統(tǒng)的所述操作參數(shù)能夠維持所述陰極氣體相對(duì)濕度低于第二預(yù)定值，則保持所述陰極排氣相對(duì)濕度處于干操作模式。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括如果所述燃料電池系統(tǒng)的所述操作參數(shù)不能維持所述陰極氣體相對(duì)濕度高于所述第一預(yù)定值，則進(jìn)行改變以保持所述陰極排氣相對(duì)濕度處于所述干操作模式的過(guò)程。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括如果所述燃料電池系統(tǒng)的所述操作參數(shù)不能維持所述陰極氣體相對(duì)濕度低于所述第二預(yù)定值，則進(jìn)行改變以保持所述陰極排氣相對(duì)濕度處于所述濕操作模式的過(guò)程。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一預(yù)定值為約105％。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第二預(yù)定值為約95％。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括拱頂算法以提供減少陰極出口氣體在濕操作與干操作之間進(jìn)行的相對(duì)濕度循環(huán)從而延長(zhǎng)膜的有效壽命的策略。所述算法接收表示所述燃料電池系統(tǒng)的操作參數(shù)的傳感器信號(hào)。如果所述燃料電池系統(tǒng)的所述操作參數(shù)能夠維持所述陰極氣體相對(duì)濕度高于第一預(yù)定值，則所述算法保持所述陰極排氣相對(duì)濕度處于濕操作模式，且如果所述燃料電池系統(tǒng)的所述操作參數(shù)能夠維持所述陰極氣體相對(duì)濕度低于第二預(yù)定值，則所述算法保持所述陰極排氣相對(duì)濕度處于干操作模式。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101075683SQ20071010392
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者W·H·佩蒂特, J·C·費(fèi)利, J·P·薩爾瓦多, S·G·格貝爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司